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河北低平原區又稱黑龍港生態區,是河北省重要的糧棉產區,但氣候干旱少雨,缺水嚴重,同時該區廣泛分布有微咸水和咸水(以下統稱咸水),其中西部平原區地下水礦化度為2~10g•L-1,埋深較淺,為了緩解當地水資源緊缺的局面應積極開發利用地下咸水。棉花具有較高的耐鹽能力和較好的經濟效益,在該區種植廣泛。國內外關于棉花咸水利用的報道較多,阮明艷等研究了咸水膜下滴灌對棉花生長和產量的影響,提出低礦化度咸水灌溉對棉花生長和產量的影響不明顯[1];董合忠等研究發現鹽分脅迫嚴重影響了棉花出苗和成苗[2];Zhong和Qdir研究表明鹽脅迫抑制了棉花根和地上部的生長,導致側根的長度和數量下降,葉面積減少,莖部纖細,地上部和地下部生物量均下降,最終導致減產[3-4]。此外,研究還表明棉花不同生育期的耐鹽能力差異較大,其中萌發和幼苗階段是棉花耐鹽能力最弱的階段[5]。以往的研究表明,不同棉花品種間的耐鹽性差異較大,且無一致規律[6]。本試驗針對當地種植較為廣泛的棉花品種———衡棉4號,研究了不同程度鹽分脅迫對棉花各生育期生長及子棉產量的影響,以期得出衡棉4號的鹽分敏感特性,為指導該區咸水安全利用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗區概況試驗于2010年4-9月在河北省農林科學院旱作農業研究所節水農業試驗站進行。該站地處河北平原中部,地勢平坦,海拔在17.5~28.0m之間。四季分明,光照充足,無霜期平均188d,年均降水量500.3mm,該區土壤為輕壤質底粘潮土。

1.2試驗設計試驗采用筒栽土培法在防雨棚內進行。筒體為瓷質,高35cm、直徑30cm,土壤采自試驗站耕層土,土質為粘壤土,田間持水率為27%,風干后裝桶,每桶裝土26.08kg,供試土樣初始含鹽量為0.118%。試驗通過設置5個礦化度,即1,2,3,5,7g•L-1,其中淡水(1g•L-1)為對照(CK)。于棉花生育期(苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期)分階段對棉花進行鹽分脅迫。依據以往研究結果顯示,棉花苗期是其耐鹽能力最弱的生育階段,為此,試驗中主要針對其它三個生育期進行鹽分脅迫處理,其中苗期和非脅迫生育期全部用淡水灌溉,灌水上限為田間持水率;除吐絮后期適度干旱外,灌溉下限為田間持水率的55%~65%。試驗所用不同礦化度的造墑水采用當地深層地下水摻兌NaCl配制成,其中深層地下水礦化度為1g•L-1。底肥施用量為:硫酸鉀(含鉀≥52%)600kg•hm-2,重過磷酸鈣(含有效磷≥43%)750kg•hm-2,尿素(含N≥46.4%)150kg•hm-2,牛糞90000kg•hm-2。精選種子,曬后于4月28日播種,每筒10粒,播后覆膜,5月23日定苗。試驗設置如表1。

1.3觀測指標與測定方法棉花定苗后每個生育期結束時用直尺測量各處理株高和單株葉面積,葉面積采用葉長×葉寬×0.84計算得到。從蕾期開始每隔10天調查一次,生育后期分3次采摘棉花計算子棉產量。試驗結束后采集棉花地上及地下生物量,洗凈、烘干稱重。土壤初始含鹽量采用土水比1∶5測得,之后土壤含鹽量通過灌水記錄計算得到。

1.4備用評價指標由于使用相對指標可以消除測定項目間的固有差異,便于直接進行比較,故而本研究多采用相對指標,包括株高相對增長量(△H/H,cm•cm-1)、葉面積相對增長量(△A/A,cm2•cm-2)和相對土壤含鹽量,其中△H/H(△A/A)=(處理階段結束的株高或葉面積?處理階段初始時的株高或葉面積)/(對照階段結束株高或葉面積?對照階段初始株高或葉面積)。其次還使用到3個實際調查指標(蕾花鈴總數、生物量和子棉產量)作為棉花鹽分脅迫評價指標,其中地上部生物量不包含葉片質量。

2結果與分析

2.1相對土壤含鹽量為了明確不同鹽分脅迫對棉花生長的影響,排除初始土壤含鹽量和淡水中鹽分因素的干擾,試驗采用相對土壤含鹽量表示土壤中的鹽分狀況,即視初始土壤含鹽量為0,并令CK(1g•L-1)的灌溉水礦化度為0,則2,3,5及7g•L-1處理的相對灌溉水礦化度分別是1,2,4和6g•L-1。不同處理的相對土壤含鹽量累積情況如圖1所示,可以看出,花鈴期處理的相對土壤含鹽量最高,其次是蕾期和吐絮期,這是由于花鈴期耗水量最大,即咸水灌溉量最大,可以占到全生育期的45%~65%,而蕾期和吐絮期分別只占到12%~20%和10%~20%[7]。

2.2不同鹽分脅迫組合對棉花株高相對增長量的影響蕾期鹽脅迫的處理間△H/H表現出差異,其中L7與CK相比,差異達到了極顯著水平,與CK相比,L2,L3,L5和L7依次降低了12.5%,5.8%,21.1%和48.2%。花鈴期鹽脅迫條件下,淡水處理(CK和H2)的△H/H顯著大于高礦化度處理(H3,H5和H7),其中H2的△H/H大于CK,說明棉花具有一定的耐鹽能力,這在下文的論述中得到了驗證。蕾期和花鈴期鹽分脅迫處理的平均△H/H(不包含CK)分別為3.124和3.129,說明蕾期鹽分脅迫抑制棉花△H/H的程度稍大,其次是花鈴期。按照常規的田間管理方式,試驗于7月26日打頂,之后株高不再增長,因此吐絮期鹽脅迫沒有影響到△H/H(表2)。

2.3不同鹽分脅迫組合對葉面積相對增長量的影響在鹽脅迫條件下,各生育階段的組內處理間△A/A整體上表現出顯著或極顯著的差異,其中蕾期和花鈴期各組內處理間整體上顯示出△A/A隨鹽分脅迫程度增大而減小的趨勢,與CK相比L2,L3,L5和L7依次降低12.0%,13.6%,22.4%和45.7%,H2、H3、H5和H7分別降低17.8%,38.2%,43.0%和76.3%;而吐絮期的組內處理間,與CK相比,除T2的△A/A減少4.2%外,T3,T5和T7分別增加了1.7%,10.3%和19.4%,整體表現出△A/A隨脅迫程度增加而增加的趨勢。以上數據分析說明蕾期和花鈴期鹽分脅迫抑制了葉片的生長;而吐絮期適度鹽分脅迫可以減緩葉片脫落。在灌溉水礦化度相同的條件下可以發現,花鈴期處理的△A/A都小于蕾期處理和吐絮期處理,表明花鈴期鹽分脅迫抑制棉花葉面積生長的程度最大,其次是蕾期脅迫,最后是吐絮期(表2)。

2.4不同鹽分脅迫組合對棉花蕾、花、鈴總數的影響蕾花鈴總數是棉花產量構成的重要階段指標,包括前期蕾數,中期蕾、花、鈴數,以及最終成鈴數(9月15日止)三個階段的指標。由于受到鹽害,L5,L7和H7處理的蕾、花、鈴總數在進入花鈴期第10天前后就達到了最大值,隨后開始下降,其中L5和L7處理的蕾、花、鈴總數在是所有處理中最低;而其它10個處理的蕾花鈴總數均在進入花鈴期20天前后達到最大值,且在進入吐絮期后,各生育期鹽分脅迫的組內處理間的成鈴數差異不顯著。蕾期、花鈴期和吐絮期鹽分脅迫處理的平均成鈴數分別為12.25,14.75和17.13,說明蕾期鹽分脅迫抑制棉花成鈴數的程度最大,其次是花鈴期,最后是吐絮期(圖2)。

2.5不同鹽分脅迫組合對棉花生物量和產量的影響就其生物量和產量而言,蕾期和花鈴期脅迫處理呈現出相似的變化趨勢:首先都對生物量產生了抑制作用,并且地上部比地下部更加敏感;其次都對子棉產量產生了抑制作用,產量隨著脅迫程度的增大而減少。同時兩個處理間也存在一些不同之處:其中蕾期處理的地上和地下部生物量在灌溉水礦化度達到2g•L-1時就受到抑制,而花鈴期處理的地上和地下部生物量在灌溉水礦化度達到3g•L-1之后才受到抑制;蕾期、花鈴期鹽分脅迫處理的平均地上部生物量分別是45.6g•株-1和49.9g•株-1,平均地下部生物量各自為19.3g•株-1和17.0g•株-1,說明蕾期鹽分脅迫抑制棉花地上部生物量的程度較大,而花鈴期鹽分脅迫抑制棉花地下部生物量的程度較大。在產量方面,蕾期、花鈴期鹽分脅迫處理的平均子棉產量分別是59.9g•株-1和69.3g•株-1,表明花鈴期的耐鹽能力大于蕾期。吐絮期脅迫處理對子棉產量和生物量未構成危害,反而表現出極小幅的增加趨勢,這可能和該處理的相對土壤含鹽量較低,以及與此期棉花已處于成熟期、耐鹽能力增強存在密切關系(圖3)。圖3不同處理棉花生物量與子棉產量情況

3結論

從以上分析可知,除棉花葉面積相對增長量和地下部生物量以外,其它評價指標全部得出一致的結論,即蕾期鹽分脅迫抑制棉花生長的程度最大,其次是花鈴期,吐絮期最不敏感。花鈴期脅迫處理的土壤含鹽量最大,而實際受到抑制的程度并非最重,這是因為花鈴期處理的棉花在花鈴前期土壤含鹽量較低時得到了充分生長,為后期奠定了物質基礎,此外該期處理的棉花可能通過葉片脫落將體內過量的鹽分排出體外,從而減輕了鹽分對棉花其它生長指標的毒害作用[8]。綜上所述,供試棉花品種在蕾期對鹽分最敏感,其次是花鈴期,吐絮期敏感性最低,整體上耐鹽能力呈現出隨著生育進程的推進而增強的趨勢。因此,在利用咸水灌溉時,應盡量將低礦化度的微咸水分配到前期,并綜合運用各種鹽害控制技術[9],以減小鹽分脅迫對棉花生長和產量的負面影響。